ما هي الذرة

ما هي الذرة



كان يعتقد قديماً أن الذرة أصغر جزء في المادة، ولا يمكن تقسيمها لجزء أصغر منها؛ ولذلك سميت بهذا الإسم، حيث اشتقت من الاسم الغريقي "اتومس". لكن فيما بعد تم اكتشاف مكونات الذرة، وأنها تحتوي جسيمات أصغر منها .

إنّ كل المواد تتكون من ذرات، كما أثبت "دالتون" في القرن 19، وقد تكون تلك الذرات أحادية في الترتيب، أو على شكل مجموعات متلاصقة تسمى جزيئات . مجموعة الذرات المتشابهة في الشكل والكتلة والحجم تشكل العنصر، أما المختلفة منها تشكل المركب . وتختلف ذرات العنصر الواحد عن ذرات عنصر آخر .

إنّ التجارب توالت بشكل كبير لدراسة الذرة، ونفت النظريات والمفاهيم الخاطئة التي كانت سائدة قديماً. ففي عام 1897 م اكتشف العالم "طومسون" الإلكترون ذو الشحنة السالبة، مما أدى لتغيير جذري في الاعتقادات السابقة . وتوصل "طومسون" إلى أن الذرة متعادلة كهربائياً، مصمتة، موجبة الشحنة، تتخللها الإلكترونات السالبة . وسمي هذا النموذج باسمه، وأسهم نموذجه في فهم الذرة فهماً جديداً واسعاً .

لكن في عام 1911 م قدم العالم "راذرفورد" النموذج النووي للذرة، وأثبت وجود النواة؛ حيث افترض أن الذرة كتلتها صغيرة جداً، ولها مركزاً موجب الشحنة، عالي الكثافة، سمي بالنواة. والسبب في شحنتها الموجبة وجود البروتونات الموجبة فيها التي تعبر عن كتلتها. وافترض أن الإلكترونات مهملة الكتلة، تتوزع حول النواة في مدارات، كما تتوزع الكواكب حول الشمس. وبما أن الذرة متعادلة؛ لذا فعدد الالكترونات حول النواة يساوي عدد البروتونات بالنواة. لكن نموذج "راذرفورد" دحض فرضية "طومسون" في أن تكون الذرة مصمتة، وبين بالتجارب العملية أن معظمها فراغ، وحجم نواتها صغير جداً، مقارنة بحجم الذرة كلها. واعتبر "راذرفورد" أن كتلة الذرة تتركز في النواة؛ لأن كتلة الإلكترونات صغيرة جداً بالنسبة لكتلة البروتونات والنيوترونات في النواة .

لكن ثمة اشكالات تخللت النموذج النووي لراذرفورد؛ حيث أن النواة الموجبة تجذب الالكترونات السالبة التي تدور حولها بمسار دائري وبسرعة كبيرة - كما افترض- فتمتلك بناء عليه تسارعا مركزيا الى ان يلتحم مع النواة ويشع امواجا كهرومغناطيسية ويسقط فيها . وبلا شك هذا ليس صحيحاً اطلاقاً. والاشكال الآخر أن يكوّن الإلكترون مع النواة زوجاً متذبذباً يدفع الذرة لاشعاع طيف مستمر، متغير في الطول الموجي، بخلاف ما أثبتته التجارب العملية؛ أن كل ذرة تشع طيفاً خطياً ذا طول موجي محدد يميزها عن غيرها . لذلك في عام 1913م تم اقتراح نموذجاً آخراً للذرة بواسطة الفيزيائي "نيلز بور"؛ حيث يفترض في نموذجه أن الإلكترونات تدور حول النواة في مسارات دائرية، وبمدارات محددة، ولكل مدار طاقته المحددة، وتستطيع الإلكترونات الانتقال من مدار إلى آخر، وإذا امتلكت الطاقة الكافية للانتقال؛ فإنها تنتقل من المدار الأقرب على النواة إلى المدار الأبعد عنها، و تفقد جزءاً من طاقتها على شكل إشعاع ضوئي عند الانتقال من المدار الأبعد إلى المدار الاقرب. ولكل مدار منها طاقة محددة وثابتة، يعبر عنها بأعداد صحيحة تسمى أعداد الكم الرئيسة .

لقد ساهم نموذج "بور" للذرة في فتح أفق واسعة وجديدة أمام العلماء وأفادهم افتراضه بامتصاص أو انبعاث الذرة للضوء، اعتماداً على طاقة الالكترون وتحركه من مدار لآخر في قياس كمية الاشعاع المنبعث أو الممتص من الذرة. والأطياف الناتجة عن ذلك.

وكذلك ربط "بور" خواص العنصر بعدد الكترونات التكافؤ للذرة، وهي الكترونات المدار الأخير فيها. لكنّ افتراضات "بور" كانت تشوبها بعض الأخطاء، فقد افترض أن المدارات التي تدور فيها الالكترونات حول النواة مدارات دائرية . لذلك تم افتراض نموذجاً حديثاً سمي "النموذج الذري الحديث" افترضت أن البروتونات الموجبة تتركز في النواة التي تشكل معظم كتلة الذرة، ويحيطها الكترونات سالبة سريعة الحركة، ولها خواص موجية، وتملأ الفراغ حول النواة باحتمالات وجود، يعبر عنها بمعادلة رياضية ودالة موجية؛ بحيث يكون احتمال وجودها فيه اكثر من 90%. وبعد ذلك أتت نظرية "الكم" لتوضح مكونات الذرة بشكل أدق، وأكثر تفصيلاً وشمولية، معتمدة على أعداد الكم للالكترونات.

إنّ للذرة خصائص مختلفة منها: العدد الذري، والذي يمثل عدد البروتونات ونفسه عدد الالكترونات، والعدد الكتلي الذي يمثل عدد البروتونات مضافا لعدد النيوترونات.

الذرة ومكوناتها
-يعود اصل اسم الذرة الى الكلمة الإغريقية أتوموس وتعني القابل الى الانقسام و هي احدى العناصر الكيميائي التي تحتفظ بخصائصها الكيميائية واصغرها حجما.

- تتكون الذرة من مجموعة من الشحنات السالبة اي (الإلكترونات) التي توجد حول النواة الصغيرة التي تقع في الوسط وتحمل الشحنة الموجبة

- تتكون نواة الذرة الموجبة من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة الشحنة.

- الذرة هي أصغر جزء من العناصر الكيميائيةولكنها تتميز عن العناصر الاخرى؛ إذ كلمادخلنا أكثر في عمق المادة نجد ان البنيات الأصغرتصبح لايوجد بينها فرق بين عنصر وآخر. فمثلاً قد لا نجد فرق بين بروتون في ذرة حديد وبروتون آخر في ذرة أي عنصر آخر. لكن تظهر الفروقات بين ذرة واخرى بخصائصها من حيث عدد البروتون، وكتلتها،و توزيعها الإلكتروني فهذا يوجد الفروق بين ذرة واخرى وبين الصور او الاشكال المختلفة للعنصر نفسه المسماة "بالنظائر"،او بقدرة العنصر على احداث التفاعلات الكيميائية أم لا.


- بقي تركيب الذرة وما زال يشغل بال العلماء ويدفعهم الى المزيد فبدأت بمبدأ الشك (اللاثقة)، مروراً بنظريات التوحيد الكبرى، وانتهت بنظرية الأوتار الفائقة فهي من أكثر النظريات التي وجدت القبول في تفسير تركيب الذرة فهي "النظرية الموجية" وهذا التصور في تركيب الذرة بني على اساس تصور بوهر والتطويرات الحديثة في ميكانيك الكم و التي تنص على :


1-تتكون الذرة من جسيمات تحت ذرية (البروتونات ،الإلكترونات ،النيوترونات.

2-مع العلم بأن معظم حجم الذرة يحتوى على فراغ.


3-في مركز الذرة توجد نواة موجبة الشحنة تتكون من البروتونات ،النيوترونات (ويعرفوا على أنهم نويات)

4-النواة أصغر 100,000 مرة من الذرة. فلو أننا تخيلنا أن الذرة بإتساع مطار هيثرو فإن النواة ستكون في حجم كرة الجولف

"دالة الطول الموجي للمدار الإلكترونى للهيدروجين. عدد الكم الرئيسي على اليمين من كل صف وعدد الكم المغزلي موضح موجود على هيئة حرف في أعلى كل عمود."


1-معظم الفراغ الذري يتم شغله بالمدارات التي تحتوى على الإلكترونات في شكل إلكترونى محدد.

2-كل مدار يمكن أن يتسع لعدد 2 إلكترون ، محكومين بثلاث أرقام للكم ، عدد الكم الرئيسي ، عدد الكم الثانوي ، عدد الكم المغناطيسي. كل إلكترون في أى من المدارات له قيمة واحدة لعدد الكم الرابع والذي يسمى عدد الكم المغناطيسي.

3-المدارات ليست ثابتة ومحددة في الإتجاه وإنما هي تمثل إحتمالية تواجد 2 إلكترون لهم نفس الثلاث أعداد الأولى للكم ، وتكون أخر حدود هذا المدار هو المناطق التي يقل تواجد الإلكترون فيها عن 90 %.

4-عند إنضمام الإلكترون إلى الذرة فإنها تشغل أقل مستويات الطاقة ، والذي تكون المدارات فيه قريبة للنواة (مستوى الطاقة الأول). وتكون الإلكترونات الموجودة في المدارات الخارجية (مدار التكافؤ) هي المسئولة عن الترابط بين الذرات. لمزيد من التفاصيل راجع "التكافؤ والترابط




كيف تم اكتشاف الذرة

الذرة هي أصل هذا الكون العظيم الذي نعيش فيه ، و الذرة هي وحدة بناء الكون و ما فيه من عناصر ، فكل ما حولنا يتكون من ذرات ، الهواء الذي نتنفسه ، و الماء الذي نشربه ، و الطعام الذي نأكله و حتى المواد التي نستخدمها في حياتنا اليومية ، كل هذه الأشياء و أكثر تتكون من ذرات ، فما هي الذرة ؟ الذرة عبارة عن وحدة بناء العناصر و تحتوي الذرة على نواة التي بدورها تتكون من البروتونات الموجبة الشحنة و النيوترونات المتعادلة الشحنة ، و تدور حول هذه النواة سحابة من الإلكترونات السالبة الشحنة، على شكل أفلاك ( مدارات ) بحيث يوجد في كل فلك ( مدار ) عدد معين من الإلكترونات .

و قد استطاعت الذرة أن تشكل الأسئلة لدى الإنسان حول ماهيتها و بنيتها و كيف يكون شكلها و ما هو تركيبها ، كونها وحدة بناء الكون .


لكن كيف استطاع الإنسان اكتشاف الذرة ؟

لإكتشاف الذرة قصة طويلة ، سنذكرها في هذا المقال بإيجاز .

بدأت حكاية الذرة قرابة 400 ق.م فكان أول من وضع نظريات حول الذرة هو الفيلسوف اليوناني ديمقراطيس ، و كانت نظريته تنص على أن جميع المواد تتكون من دقائق غير قابلة للإنقسام ، و هي الذرات ، و من هنا جاءت تسمية الذرات ، فمعنى كلمة الذرة في اللغة الإغريقية الغير قابل للإنقسام . و بقيت هذه النظرية سائدة حتى أواخر القرن التاسع عشر و أوائل القرن العشرين ، فقد كانت بحوث العلماء مستمرة في مجال الذرة و قد استطاعو تقديم نظريات و تفسيرات حول ماهية الذرة .


فكانت أول النماذج التي وضعت للذرة في عام 1805 بواسطة العالم الإنجليزي جون دالتون ، و كانت نظريته حول الذرة تنص على أن :

الذرة غير قابلة للإنقسام .
ذرات العنصر الواحد متشابهة و ذرات العناصر المختلفة تختلف عن بعضها .
تقوم الذرات بالاتحاد في ما بينها لتكوين المركبات .

ثم جاء نموذج ثومسون للذرة عام 1897 ، كان نموذج ثومسون شبيه بفطيرة الزبيب ، فقد كان يعتقد بأن الذرة عبارة عن كرات موجبة الشحنة تتوزع فيها كرات سالبة الشحنة ، كما يتوزع الزبيب في فطيرة الزبيب ، لكن هذا النموذج لم يستطع تقديم أي تفسير حول تفاعلات الذرة الكيميائية .
أمّا في عام 1909 فقد توصل العالم أرنست رذرفورد إلى اكتشاف البروتون و قد تم ذلك بعد اكتشاف النواة بسنتين ، و استطاع وضع نموذج جديد للذرة ، و يشير نموذجه إلى أن الذرة تتكون من نواة تحتوي على البرتون ، و أن الإلكترونات تدور في الفراغ الموجود حولها .
و في عام 1932 استطاع جيمس شادويك التوصل إلى اكتشاف النيوترونات .
و مما سبق نستنتج أن الذرة ليست أصغر شيء في هذا العالم ، لأنها تتكون من أجزاء أصغر و هي : البروتون و النيوترون و الألكترون .




من مكتشف الذرة

تعتبر الذرّة أصغر جزء في العناصر الكيميائيّة، وتتكوّن من مجموعة شحنات سالبة تتجمّع حول نواة تتكوّن من النيوترونات متعادلة الشحنة ومن البروتونات موجبة الشحنة، وتعمل الذرّة على التمييز بين العناصر الكيميائيّة؛ حيث إنّ ذرة النحاس تختلف عن ذرة الحديد، وكلتاهما تختلف عن ذرة النحاس.


يسمّى العالم الذي قام باكتشاف الذرة لأول مرة جون دالتون، وهو عالم كيمياء من إنجلترا، وكان يعاني من الفقر الشديد قبل أن يصبح مدرّساً، وكان يتحدّث اللغة الفرنسيّة واللاتينيّة واليونانية، وقد قام جون دالتون بتصميم الجدول الذي يحتوي على الأوزان الذريّة للكثير من العناصر الكيميائيّة، وكان دوماً يقوم بإجراء التعديلات على هذا الجدول عند اكتشافه شيئاً جديداً، وقام جون دالتون بابتكار فئة الأوزان النسبيّة الذريّة للعناصر الكيميائية، واشتهر جون دالتون باكتشاف النظرية التي سمّيت باسم نظريّة دالتون، والتي اختصّت بالنظريّة الذريّة للمادة، والتي قام من خلالها بشرح أنّ العناصر الكيميائيّة تتكون من العديد من الذرات غير القابلة للانقسام، وهذه الذرّات توجد في العناصر بنفس الكتلة والشكل والحجم، وتضمّنت نظريّة دالتون ما يلي:

إنّ الذرّة هي جزء صغير جدًّا من العناصر الكيميائيّة، وهي غير قابلة للانقسام.
عند حدوث تغيير في توزيع الذرّات يؤدّي إلى الاتّحاد الكيميائي.
تتشابه الذرّة في العنصر الواحد بنفس الصفات، وتختلف من عنصر إلى عنصر آخر من ناحية الشكل والكتلة والحجم.
عند اتّحاد ذرّات عناصر مختلفة يؤدّي ذلك إلى تكوين عدّة مواد.

وقد لاقى قانون جون دالتون نجاحاً كبيراً في وقت اكتشافه، بعد ذلك ظهر العديد من العلماء الّذين قاموا باكتشاف العديد من النظريّات المختلفة أمثال فاراداي الّذي قام بالعديد من التجارب لتحليل الأملاح، والّذي اكتشف الإلكترونات التي توجد في الذرّة، وبعد فاراداي ظهر طومسون الّذي أوضح أنّ الإلكترونات حجمها أصغر بكثير من الذرّة، كما أنّه قام باكتشاف أنّ الذّرة قابلة للانقسام والتجزئة، وليس كما كان معتقداً في السابق أنّ الذرّة جزء غير قابل للانقسام.


وقام طومسون باكتشاف أنّ الذرّة تحتوي على شحنات موجبة، وتوجد بداخل الذرّة إلكترونات سالبة الشحنة، أمّا الذرّة فهي متعادلة إلكترونيّاً، وبعد ذلك قام العالم روذرفورد بالقول إنّ الذرة تحتوي على نواة تدور حولها شحنات سالبة، وأنّ الذرّة فارغة من الداخل، ولا تحتوي إلّا على النواة الّتي تدور حولها الإلكترونات، وهكذا تطوّرت الاكتشافات والنظريّات التي تتعلّق بالذرة، ونستنتج أنّ الذرّة تحتوي على نواة موجبة يحيط بها الإلكترونات السالبة، وبذلك تكون شحنة الذرّة متعادلة.